【正文】 系統(tǒng)程序流程圖如圖 41 所示。本系統(tǒng)主要包括數(shù)據(jù)采集子程序、火災判斷與報警子程序等 [14,22] 。然后分別由 C51 及 A51 編譯器編譯生成目標文件 (OBJ)。另外重要的一點，Keil C51 生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。因為 C 語言的描述由函數(shù)組成，是一種結構化的程序設計語言，所以更容易實現(xiàn)模塊化，而且具有可讀性好，易于移植等優(yōu)點，同時還有匯編語言一樣的位操作功能的硬件詳細控制 指令 [6,8]。當 AT89C51 知道 A/D 轉換完成后，P20 與讀信號 RD 共同控制下的 A/D 端口 OE電平變?yōu)楦唠娖綍r，輸出三態(tài)門打開，轉換結果的數(shù)字量輸出到單片機上。當ALE 端口變?yōu)楦唠娖?，?74LS373 輸出端的低 3 位地址存入 A/D 的地址鎖存器中，此地址經(jīng)譯碼選通 8 路模擬輸入之一到比較器。鎖存允許端 LE 為高電平時，輸出端 Q0~Q7 狀態(tài)與輸入端 D0~D7狀態(tài)相 同；當 LE 由 “ 1” 變?yōu)?“ 0” 時，數(shù)據(jù)輸入鎖存器中。 ADC0809 通道選通如表 31。 D 觸發(fā)器的特性方程為 [3,15] DQ ??1n （ 35） 由于當 CP=1 時， D 觸發(fā)器有效； CP=0 時，觸發(fā)器保持原來狀態(tài)。 由于本設計中數(shù)模轉換芯片使用的是 ADC0809，其工作的時鐘信號為500KHz，因其內(nèi)部沒有時鐘電路，時鐘信號由外部 AT89C51 的 ALE 端口提供。 EOC 為轉換結束信號。 第 3 章 火災報警系統(tǒng)的硬件設計 27 數(shù)據(jù)采集 與分析 電路 本 設計中的 A/D 使用的是通用 8 位芯片 ADC0809，芯片的幾個重要管腳功能如下 [18]： ALE 為地址鎖存允許輸入線，高電平有效。聲報警電路由單片機的 P10 引腳 進行控制，當 P10 輸出的電平為高電平時，三極管導通，蜂鳴器的電流形成回路，發(fā)出聲音報警；否則，三極管截止，蜂鳴器不發(fā)出聲音 [6,22]。設 帶通截止頻率為 Hf ，則當 Hff? 時，上式的分母的模應等于 2 ，可解出二階 LPF 的上限截止頻率為： ?H ， KHH ? (34) 二階低通濾波電路的衰減斜率可達 40dB/十倍頻，但是 又 由于 Hf 遠離0f ，即在 0ff? 處，信號的放大倍數(shù)已急劇下降，所以該濾波電路以降低濾波器通頻帶為代價來獲得濾波器衰減斜率 [3,22]。由于在火災發(fā)生早期，溫度煙霧信號是一種緩變信號 [3,18]，故系統(tǒng)使用二階有源低通濾波器電路（ Low Pass Filter， LPF）。依據(jù)運算放大器 “ 虛短 ” 、 “ 虛斷 ” 特性，有 ??? uu 。由于溫度、煙霧信號調(diào)理電路運放 LM324 接直流電源，電路中有直流，所以在電路中設計了起隔直通交的電容 C C C7。 第 3 章 火災報警系統(tǒng)的硬件設計 23 圖 33 晶振電路與復位電路 傳 感器控制電路 由于傳感器輸出的模擬信號比較微弱，且含有干擾信號，所以系統(tǒng)需要將信號進行放大和濾波 [2,10]。當人為按下按鈕時，則 Vcc的 +5V 電平就會直接加到 REST 端，系統(tǒng)復位。 AT89C51 的復位信號是從 REST 引腳輸入到芯片內(nèi)的施密特觸發(fā)器中的。本設計中使用石英晶體，電容的容值設定為 30pF。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 22 單片機小系統(tǒng)電路 晶振電路 晶振電路為單片機 AT89C51 工作提供時鐘信號，芯片中有一個用于構成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。所以通常應根據(jù)負載電用和輸出電壓的大小選擇最佳電容量。電容器的容量越大，負載電阻值越大，充電和放電所需要的時間越長。要把脈動直流變成波形平滑的直流，還需要再做一番 “ 填平取齊 ”第 3 章 火災報警系統(tǒng)的硬件設計 21 的工作，也就是需要濾波。 電容濾波電路是最常見、也最簡單的濾波電路 [22]。 +12V 的直流電壓經(jīng) IC4（ 7805）穩(wěn)壓后得到的 +5V 的電壓，為接收主機整機電路供電 [16]。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 20 第 3 章 火災報警系統(tǒng)的硬件設計 電源模塊的設計 電源模塊部分主要由整流電 路、濾波電路、集成穩(wěn)壓電路等組成。 (5) 可鎖存三態(tài)輸出，輸出電平與 TTL電平兼容。 ADC0809的 引腳功能 ： D7D0 ： 8位數(shù)字量輸出引腳 第 2 章 火災報警系統(tǒng)整體方案設計 19 IN0IN7 ： 8位模擬量輸入引腳 GND ：地 REF（ +） ：參考電壓正端 REF（ ） ：參考電壓負端 START ： A/D轉換啟動信號輸入端 ALE ：地址鎖存允許信號輸入端 ADC0809的 主要性能指標為 [20,21]： (1) 分辨率為 8位。 目前有很多類型的 A/D 轉換芯片，它們在轉換速度、轉換精度、分辨率以及使用價值上都各具特色，綜合全部因素設計決定采用美國國家半導體公司生產(chǎn)的 CMOS 工藝 8 通道， 8 位逐次 逼近式 A/D 轉換器 ADC0809[21]。完成 A/D 轉換的器件即為 A/D 轉換器 [20]。其主要特性如 [18]下： (1) 工作電壓低，可在 電壓下工作；且工作電壓范圍寬，為 —； (2) 靜態(tài)電流小，典型值為 5． 41μA； (3) 末級為推挽輸出，輸出電壓與感測的溫度成反比，確保芯片即使在較高的溫度范圍內(nèi)仍可保持極高的靈敏度； (4) 可提供 4 個不同增益讓用戶自行選擇，其中包括 ℃ 、 mV /℃ 、 /℃ 及 /℃ ； (5) 溫度范圍寬，可以監(jiān)控由 50℃ 至 150℃ 范圍內(nèi)的溫度； (6) 設計靈活、功率極低，采用極小巧的 SC70 封裝，大小與美國國冢半導體的標準型號 LM20 溫度傳感完全相同。它也有線型和點型兩種結構。它有線型和點型兩種結構。m 圖 26 光電煙霧傳感器對不同直徑煙粒子的響應曲線 溫度傳感器 溫度探測器是利用熱敏方式來檢測環(huán)境溫度進行報警的探測器，用于檢測被測物體和環(huán)境的溫度，當超出或低于標準值時發(fā)出報警。m 時 ， 光電感煙傳感器響應最好 。 第 2 章 火災報警系統(tǒng)整體方案設計 15 圖 24 散射光式光電式煙霧傳感器原理示意圖 如圖 25示光電感煙傳感器電路原理圖 圖 25 光電傳感器電路原理圖 通過大量的實驗 [4,17]， 得出了發(fā)光元件與受光元件的夾角等于 136176。當光敏室無煙霧顆粒時散光極微弱。接受光譜取在 0. 5～ 1. 2181。用砷化鎵（ GaAs）紅外二極管作為發(fā)光元件。我們將煙霧顆粒使光產(chǎn)生散射的性質(zhì)制成優(yōu)良的煙霧傳感器。 由上式可以看到散射能力與圓球體積平方成正比，因此從這方面來說，煙霧較大的顆粒比較小的顆粒散射能力要大得多。這些煙霧顆粒分布界面極大，性質(zhì)也不穩(wěn)定，容易使光產(chǎn)生散射。 燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 14 物質(zhì)燃燒會產(chǎn)生煙霧和有害氣體。 氣溶膠粒子與光相互作用時，能發(fā)生兩種不同的衰減過程：吸收和散射。由此可見，傳感器的選型是非常重要的。在輸入回路中，光電感煙探測器內(nèi)的接口電路十分關鍵。在掉電模式下，保存 RAM 的內(nèi)容并且凍結振蕩器，禁止所用其他芯片功能，直到下一個硬件復位為止。在芯片擦操作中，代碼陣列全被寫 “ 1” 且在任何非空存儲字節(jié)被重復編程以前，該操作必須被執(zhí)行。石晶振蕩和陶瓷振蕩均可采用。 XTAL1：反向振蕩放大器的輸入及內(nèi)部時鐘工作電路的輸入。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的PSEN 信號將不出現(xiàn)。另外，該引腳被略微拉高。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而，初始復位不改變 RAM（包括工作寄存器 R0R7）的狀態(tài)。 RST：復位輸入。 P2 口在 FLASH 編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。 P1 口： P1 口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL 門電流。 圖 22 AT89C51 芯片的引腳圖 AT89C51 管腳作用 [1,9] P0 口： P0 口為一個 8 位漏級開路雙向 I/O 口，每腳可吸收 8TTL 門電流。如今市面上比較普遍的單片機有 51 系列與 STC 系列。 AT89C51 的引腳圖如圖 22 示，芯片可以按照常規(guī)方法進行編程，也可以在線編程，其將通用的微處理器和Flash 存儲器結合在一 起，特別是可反復擦寫的 Flash 存儲器可有效地降低開發(fā)成本 [1,16]。顯示電路能夠準確的顯示出火災險情的具體地點，報警電路對工作人員起到警示的作用，從而及時的警示工作人員做出相應的處理。 (2) 報警系統(tǒng)誤報、漏報現(xiàn)象也是目前火災報警行業(yè)主要存在的問題，自從火災探測器問世以來，長期困擾產(chǎn)業(yè)界的就是上述兩種現(xiàn)象?；馂臋z測傳感器 [5,11]主要分為感煙探測器、感溫探測器、光輻射探測器和復合型探測器四大類，其中光電感煙探測器穩(wěn)定性能較好，誤報率低，壽命長等優(yōu)點，在火災報警系統(tǒng)中被廣泛使用。 學習使用 Protel DXP 20xx 完成硬件電路。是一種結構簡單、性能穩(wěn)定、使用方便、價格低廉、智能化的火災報警器，具有一定的實用價值。這是當今世界的主要發(fā)展趨勢。每個探測器除需提供兩根 電源線外，還需提供一根報警信號線，探測器電源由報警器提供，探測器的信號線均連接到報警顯示盤上，報警時點亮相應的指示燈，如日本 ―日探 ‖公司生產(chǎn)的 CPF 火災報警系統(tǒng)，此類系統(tǒng)的功能一般以報警為主，輔以一些簡單的聯(lián)動功能（也為多線制），如驅(qū)動警鈴等，其報警器對外圍探測器無故障檢測功能，只會對電源線的斷線做出故障反應，安裝此類系統(tǒng)比較繁瑣，特別是校線工作量較大。該系統(tǒng)除采用先進的激光探測技術和獨特的主動式空氣采樣技術以外，還采用了 ―人工神經(jīng)網(wǎng)絡 ‖算法，具有很強的適應能力、學習能力、容錯能力和并行處理能力，近乎于人類的神經(jīng)思燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 6 維。如果火災自動報警系統(tǒng)實現(xiàn)網(wǎng)絡化，那么系統(tǒng)中的中心控制器等設備就會變得很小，甚至對較小的報警設備安裝單位就可以不再獨立設置，而依靠網(wǎng)絡中的設備、服務資源進行判斷、控制、報警，這樣火災自動報警系統(tǒng)安裝、使用、管理就變得簡單、省錢、方便。我國目前應用的火災探測器按其響應和工作原理基本可分為感煙、感溫、火焰、可燃氣體探測器以及兩種或幾種探測器的組合等，其中，感煙探 測器一枝獨秀，但光纖線性感溫探測技術、火焰自動探測技術、氣體探測技術、靜電探測技術、燃燒聲波探測技術、復合式探測技術代表了火災探測技術發(fā)展和開發(fā)應用研究的方向。 (1) 智能化 火災自動報警系統(tǒng)智能化是使探測系統(tǒng)能模仿人的思維，主動采集環(huán)境溫度、濕度、灰塵、光波等數(shù)據(jù)模擬量并充分采用模糊邏輯和人工神經(jīng)網(wǎng)絡技術等進行計算處理，對各項環(huán)境數(shù)據(jù)進行對比判斷，從而準確地預報和探測火災，避免誤報和漏報現(xiàn)象。此外，這些國家在監(jiān)控系統(tǒng)管理方面比較規(guī)范，專門成立一個監(jiān)控服務機構，該機構的責任是保證火災報警數(shù)據(jù)通信暢通，為用戶服務，對用戶負責，同時向消防部隊傳送可靠的火災報警信息，而消防部門的主要責任是對此類服務機構進行資質(zhì)審查及監(jiān)督管理。政府每年都要撥出大筆資金用于消防設備更新、人員培訓燕山大學本科生畢業(yè)設計（論文） 4 以及消防設施維護。兩總線、 RS23 RS48 CAN 等現(xiàn)場總線已經(jīng)普及，可與計算機進行聯(lián)網(wǎng)實現(xiàn)現(xiàn)場編程 [10]。經(jīng)過幾年的發(fā)展， 隨著國家對減災、防災得更加重視，和消防市場利潤的吸引，火災自動報警系統(tǒng)和消防廣播、消防電源、及相關配套產(chǎn)品的生產(chǎn)廠家開始增多。 國內(nèi)外火災報警系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢 我國火災報警系統(tǒng)起步較發(fā)達國家晚幾十年，從上世紀 70 年代我國才開始研制生產(chǎn)火災報警系統(tǒng)產(chǎn)品。感光型火災報警系統(tǒng)就是通過響應火災中產(chǎn)生的光特性，即擴散火焰的第 1 章 緒論 3 光強度和閃爍頻率，來觸發(fā)報警系統(tǒng)的 [5,6]。在 火災發(fā)生的初期，由于溫度比較低，許多物質(zhì)都處于陰燃階段，產(chǎn)生大量的煙霧。 火災報警系統(tǒng)的類型 根據(jù)火災報警系統(tǒng)中所使用的探測器種類的不同，火災報警系統(tǒng)可以分為以下四種 [5]： (1) 感溫型火災報警系統(tǒng) 由于火災發(fā)生時燃燒物會產(chǎn)生大量的熱量，使得周圍溫度迅速變化?；馂膱?警控制器擔負著監(jiān)視探測器及系統(tǒng)自身的工作狀況、處理火災探測器輸出的報警信號、進行聲光報警、指示報警的具體部位、時間及執(zhí)行相應的輔助控制等任務。一旦發(fā)生火災，將對人的生命財產(chǎn)造成極大的危害，于是人們開始尋求一種早期發(fā)現(xiàn)火災的方法，以便控制和撲滅火災，減少損失，保障生命安全。我國每年的起火次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較高，這說明我國的消防保護體系對保護生命安全還有一定的差距，因此現(xiàn)階段有必要提高全民的防火安全觀念，提高我國消防設施水平。 歐洲和北美發(fā)生的火災較多，死亡人數(shù)卻相對較少，這與歐美發(fā)達國家的生活水平高以及消防設施完善有關；亞洲居住人數(shù)最多，發(fā)生火災次數(shù)較少，但死亡人數(shù)較多，這與亞洲經(jīng)濟發(fā)展程度不高、消防設施不完善等因素有關。 火災報警控